松香改性丙烯酰胺聚合物的制备、性能及应用研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 3次 | 上传用户:dilon1120
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松香是我国重要的林产品之一,如何对其进行深加工利用一直是该领域最重要研究热点和难点。本论文以松香衍生物为原料,通过化学改性将松香结构引入到聚丙烯酰胺分子中制备了松香改性丙烯酰胺聚合物,探讨了松香结构对材料性能的影响规律。以脱氢枞酸为原料,合成了水溶性松香基可聚合单体N-甲基-N,N-二烯丙基-N-(3-脱氢枞酰氧基)丙基溴化铵(DMDHAE),并与二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、丙烯酰胺(AM)单体共聚制备了具有耐盐性、耐剪切性以及高表观黏度松香疏水改性阳离子型聚丙烯酰胺(HMPAM),并研究了对高岭土的絮凝性能;以富马海松酸为原料制备了松香基交联剂FPA-PEG200-AC,并与AM通过胶束共聚的方法制备了高机械性能的松香交联聚丙烯酰胺水凝胶(RPAM水凝胶),研究了RPAM水凝胶的药物释放性能。得到主要结论如下:以脱氢枞酸为原料,经过酯化、季铵化反应制备了水溶性松香基单体DMDHAE。DMDHAE的纯度为89%,熔点为127131 ,溶解度为150 g/dL。采用差示扫描量热法(DSC)对其自聚动力学进行了研究。单体自聚的活化能Ea为124.34 KJ/mol,并得到了自聚动力学方程,证明DMDHAE具有可聚性。以DMDHAE为原料,通过水溶液聚合制备了HMPAM-0.5、HMPAM-1.0、HMPAM-1.5、HMPAM-2.0等一系列松香疏水改性阳离子型聚丙烯酰胺(HMPAM),并对其制备工艺进行了优化以及水溶液性能进行了研究。HMPAM的优化工艺条件为:偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50)用量为0.075 wt%,单体浓度为20wt%,DMDAAC用量为总单体物质的量的18 mol%。DMDHAE具有一定的阻聚性,HMPAM的特性黏度随着其用量的增加而减小。HMPAM水溶液的临界缔合浓度(CAC)为0.7wt%,当HMPAM水溶液浓度超过CAC,水溶液表现出黏度急剧增加。HMPAM水溶液随着NaCl或CaCl2浓度增加而黏度增加。在低剪切速率下,HMPAM水溶液表现出剪切增稠现象,而且其耐剪切性随着溶液浓度以及DMDHAE的含量增加而增强;随着剪切速率继续增加,溶液则表现出假塑性。对比CPAM,由于松香结构之间的疏水缔合作用,极大提高了HMPAM水溶液表观黏度、耐盐性、耐剪切等性能。研究了HMPAM对高岭土悬浮液的絮凝性能。HMPAM的絮凝效果受到疏水单体DMDHAE含量的增加而降低。对于浓度为35wt%的高岭土悬浮液,HMPAM-0.5均表现出优异的絮凝性能,且上清液透光率均可到达95%。HMPAM在酸性条件下具有较好的絮凝效果,沉降速度则随着pH的增加先减小后增加。HMPAM在NaCl、CaCl2溶液中保持较好的絮凝性能,而且沉降速度随着盐浓度的增加而增加。HMPAM对较高的浓度梯度以及高含盐量的高岭土悬浮液中均具有优异的絮凝性能。以富马海松酸为原料制备了松香基交联剂FPA-PEG200-AC,并与丙烯酰胺通过胶束共聚的方法制备了RPAM-1.5、RPAM-2.0、RPAM-2.5、RPAM-3.0、RPAM-3.5等一系列RPAM水凝胶,并对其溶胀性能及机械性能进行了研究。RPAM水凝胶的表面形貌受到松香基交联剂FPA-PEG200-AC用量的影响,其中RPAM-2.5水凝胶的结构最为规整。RPAM水凝胶的平衡溶胀率随着松香交联剂用量的增加而减小。松香基团的引入提高了水凝胶的机械性能。RPAM水凝胶具有较好的拉伸性能,随着松香基交联剂FPA-PEG200-AC用量的增加,其断裂伸长率减小,RPAM-1.5水凝胶的断裂伸长率最大为1500%。RPAM水凝胶具有优异的压缩性能,压缩形变均可达到95%以上,而且具有较好的可恢复性。研究了RPAM水凝胶对双氯芬酸钠、环丙沙星、茶碱的药物释放性能。冷冻干燥的水凝胶平衡溶胀率随着松香基交联剂FPA-PEG200-AC用量增加而减小,在pH 7.4磷酸缓冲溶液最大,去离子水中次之,pH 1.4盐酸溶液中最小;RPAM-2.0水凝胶对三种药物的负载率均最大;双氯芬酸钠释放主要集中在1 h内,在3 h内基本达到累计释放率最大值;水凝胶对环丙沙星释放缓慢,8 h后达到最大累计释放率,当RPAM-2.5水凝胶对环丙沙星的累计释放率最大约为99.7%;茶碱在pH 7.4磷酸缓冲液中最大累计释放率均可达到99%,比在pH1.4盐酸溶液中的累计释放率高。以RPAM水凝胶为药物载体,研究了其释放动力学。RPAM-2.0水凝胶和RPAM-3.0水凝胶对药物释放主要符合Higuchi模型。环丙沙星在RPAM-1.5和RPAM-3.5水凝胶中释放、双氯芬酸钠在RPAM-3.5中释放、茶碱RPAM-2.5中释放(pH 7.4磷酸缓冲液中)、茶碱在RPAM-2.5和RPAM-3.5水凝胶的释放(pH 1.4盐酸溶液)均符合Korsmeyr-Peppas模型,扩散指数n<0.5,属于Fick扩散。
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